沈阳化工大学科亚学院学士学位论文 第五章 发酵罐及其附属设备
第五章 发酵罐及其附属设备
由发酵罐及其附属设备组成的发酵工段中，发酵罐是主要设备，其他为附属设备。罐体是由圆柱形中部及椭圆形或碟形封头焊接而成的封闭式受压容器，其材料为碳钢或不锈钢，对于大型发酵罐还可用内衬不锈钢板(2～3mm)或复合板。
5.1罐体
罐体是由圆柱形中部及椭圆形或碟形封头焊接而成的封闭式受压容器，其材料为碳钢或不锈钢，对于大型发酵罐还可用内衬不锈钢板(2～3mm)或复合钢板。
5.1.1罐体主要尺寸比例
机械搅拌通风发酵罐体有关尺寸符号规定如下： H：罐体总高 H0 ：圆柱形高 Di：搅拌器叶径
C：椭圆形高 HL：液高 D：罐内径
根据经验，罐体越长，氧利用率越高，但考虑罐稳定性及其它因素，罐体不宜过长。根据工厂及设计部门一般采用比例尺寸
罐体各部分的尺寸有一定的比例，去各比例值如下： H0/D=2；S/Di=1.5；C/Di=1；B/D=0.1；Di/D=1/3；ha=1/4D
5.1.2罐的容积计算
⑴ 罐的公称容积
罐的公称容积公式：V0?V筒?V封??4D2H0?0.13D3??1??D2?H0?(hb?D)? 46??35
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发酵罐的公称容积式300m3 300=
??×2D3+0.13D3=(×2+0.13)D3=1.72D3，D=5.58m 44⑵ 罐的全容积
罐的全容积公式：V全?V筒?2V封?即V全?1.87D3?325m3 V封=
?4D2H0?0.26D3??1??D2?H0?2(hb?D)? 46???2?Dhb?D2ha=0.13D3=22.6 m3
64式中：hb——直边高度(m)，参考取值为50 求得ha=1.3m ⑶ 罐的直筒容积
V筒??4D2H?1.57D3?272.8m3
⑷ 罐的封头容积
V封?V全?V筒2?325?272.8?26.1m3 2椭圆形封头的容积计算公式
V封??4D2hb??6D2ha??4D2(hb?1D)=26.1m3 6hb?0.05m，ha=1.3 m 注：直边高度取0.05m ⑸ 罐的有效容积 设定装料系数是0.7
V有效?V0?=300 ?0.7=210m3 直筒部分液柱高度 HL=
210?26.1?4=7.5m
?5.582H0=2D=11.16m 罐的总高：
H=11.16+2(0.05+1.3）=13.86m
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下搅拌叶轮与罐底的距离：C=Di=1/3D=1.86m 下搅拌桨叶与圆筒底的距离：Hc=1.86-0.14-1.4=0.32m 搅拌桨叶直径：Di=1/3D=1.86m 桨叶间距：S=1.5Di=1.12m 叶宽：B=0.1D=0.56m ⑹ 罐壁厚
受内压的壁厚可用下式计算：
S?PD内2[?]??P?C
式中：P—耐受压强罐压mPa，表压0.4mPa D内—管径，748cm
[?]—材料为A3钢板时许用应力，127MPa ?—焊缝系数，0.8 C—壁厚附加量，取0.3cm 则S?0.4?558?0.3=1.4cm=14mm取20mm
2?127?0.8?0.4⑺ 封头壁厚
S?PD内0.4?558==088cm=8.8m取10mm
2[?]??0.5P2?127?0.8?0.5?0.4
⑻ 罐的数量计算 所需设备台数=
日产量t操作周期h?
每台设备产量t24h式中：操作周期=运转时间h+辅助时间h
发酵罐720m3，装料系数0.8，每罐产100%谷氨酸量： 300×0.7×11%×94%×95%×1.272=26.24t
年产4万吨味精，日产100%谷氨酸119.06t，发酵操作时间42h，其中发酵时间38h，需要发酵罐台数：
119.0642?=7.9=8台 26.242437
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5.2搅拌器和挡板
5.2.1搅拌器
⑴类型比例
味精生产发酵罐普遍采用六浆叶涡轮式搅拌器，浆叶形状有3种。分别是：平叶，弯叶，箭叶。本人选用六弯叶式。
六平叶式涡轮浆式搅拌器被称为标准型搅拌器，其搅拌液体循环量较大，搅拌消耗功率也较大。 尺寸比例：
搅拌器叶径：D1=1/3D=1.86m 叶宽：B=0.2D1=3.72m 弧长：l=0.375D1=0.7m 底距：C=D/3=1.86m 盘径：di=0.75D1=1.4m 叶弦长：L=0.25D1=0.465m 叶距Y=D=5.58m 弯叶板厚：δ=14mm
取两挡搅拌，搅拌转速N2可根据50m3罐，搅拌直径1.05m，转速N1=110r/min，以P0/V为基准放大求得：
N2?N1(D12/31.052/3)?110?()?75r/min D21.86⑵搅拌功率计算
发酵罐的搅拌功率不仅是选择电动机的依据，也是确定溶氧量的主要指标，同时又是比拟放大设计时的基础依据，在通风情况下比不通风情况下的搅拌率有所降低。通常，首先确定不通风情况下的搅拌功率，然后再按照通风的条件予以减少。
①不通风情况下搅拌功率的计算 不通风情况下搅拌功率的大小随液体的性质，搅拌器的形式和罐的结构尺寸而不同。经过大量的科学实验和生产实践，不通风情况
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下的搅拌功率可用下面的经验公式进行计算：
① 计算Rem
Rem?D1N?2?
式中：D1—搅拌器叶径，D1 =1.86m N—搅拌器转速，N=75/60=1.25r/s ?—醪液密度=1050kg/m3 ?—醪液粘度=1.3×10-3N?s/m2 将数代入上式：
1.862?1.03?105064Rem??2.9?10?10 ?31.3?10视为湍流，则搅拌功率准数NP=4.7 ② 计算不通气时的搅拌轴功率P0
P0?NPN3D5?
式中：NP—在湍流搅拌状态时其值为常数6.3 N—搅拌转速N=60r/min=1.25r/s D1—搅拌器直径D=1.86m ?—醪液密度=1050kg/m3
代入上式：P0'?6.3?1..253?1.865?1050?240kw 实际轴功率： f=
13?DD1???HLD1?=
1（5.581.86）?（7.51.86）?1.16 3p*=fp=1.16×240=278.4kw ③ 计算通风时的轴功率Pg
3根据通风公式：P?A?NDiNP?
A—谷氨酸发酵时，以列管代替挡板以及各部尺寸按比拟放大后测得的搅拌功率系数，通风时为0.6—0.8
则P=0.6×278.4=167kw ④ 求电机功率
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